[科普中国]-莫来石陶瓷

莫来石陶瓷（mullite Ceramic）是指主晶相为莫来石的陶瓷。莫来石是Al2O3一SiO2系中唯一稳定的二元化合物，组成可在3Al2O3·2SiO2至2Al2O3·SiO2间变化， 即Al2O3含量可在71 .8一77.3wt%范围内波动。3Al2O·2SiO2是莫来石的化学计量成分和含量。

简介莫来石陶瓷是主晶相为莫来石（3Al2O3·2SiO2）的一类陶瓷的总称。若以合成的超细高纯莫来石粉末制备出的不含玻璃相的莫来石瓷，又称新莫来石陶瓷，亦即高纯莫来石陶瓷1。

分类莫来石陶瓷主要有普通莫来石瓷和高纯莫来石瓷。

普通莫来石瓷以铝硅酸盐系天然矿物作为主要原料，采用在烧结过程中使之莫来石化的反应烧结法或先合成莫来石后再成型、烧结方法制成。因原料纯度低，杂质含量高，其组分除Al2O3、SiO2外，还含有TiO2、Fe2O3、 CaO、MgO、Na2O、K2O等杂质，因而制品中有相当数量的玻璃相，致使其力学、热学性质较差，使莫来石陶瓷在高温下的优良性能不能得到充分发挥。因此工业上普通莫来石陶瓷只能应用在对温度、高温强度要求不高的场合作为一般耐火材料使用。

若以高纯Al2O3粉体和高纯SiO2粉体进行反应烧结或由合成的超细高纯莫来石粉末制备出的不含玻璃相的莫来石瓷，则被称为高纯莫来石陶瓷。高纯莫来石是一种优质的耐火原料，它具有膨胀均匀、热震稳定性极好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学腐蚀性好等特点。特别是高性能高纯莫来石陶瓷，在1300℃时抗弯强度达570MPa，断裂韧性KIC达5.7MPa，均比常温时高1.6倍，这种随温度升高、强度和韧性不仅不衰减反而大幅度提高，是高纯莫来石陶瓷作为高温材料极佳的特性2。

性能力学性能高纯莫来石陶瓷烧结体的力学性能由Al2O3/SiO2之比和显微结构决定，尤其是Al2O3含量为68%的莫来石陶瓷，在1300℃时抗弯强度达570MPa，断裂韧性Kic达5.7MPa.Nm，均比常温时高1.6倍，这种随温度升高、强度和韧性不仅不衰减反而大幅度提高，在现有的高温陶瓷材料中除SiC外，是绝无仅有的，这也是高纯莫来石陶瓷作为高温材料极佳的特性。

光学性能莫来石晶体虽然不是立方晶系，只是斜方晶系，但因光线双折射小（仅为0.012），在一定条件下可获得具有一定透明度的陶瓷材料。采用醇盐水解法制得的高纯超细粉末, 经1750℃真空烧结可获得透明莫来石瓷2。

应用高纯莫来石陶瓷的主要应用领域：

耐火材料

莫来石陶瓷具有高熔点、抗蠕变性、低膨胀系数、抗热震性及抗腐蚀性优良的特点 莫来石耐火砖可用作各种高温窑炉的内衬，包括熔炉窑、鼓风炉，炽热铁浇槽及连续铸炉等内衬材料。口本已将奠来石耐材用在控制熔融钢水流动的旋转阀出口的 下部位内衬。据说富铝莫来石中硅含有10-40%的富铝莫来石，大大改善了抗热震性能。此外，它还广泛用于水泥高温煅烧区域的内衬。

高温工程材料

美国在九十年代初研制低热膨胀、低热损耗的先进陶瓷发动机时，曾把莫来石列为主要候选材料。我国研制的莫来石陶瓷缸盖底板在沙漠车上试用成功，初步显示该材料较好的应用前景。德国采用铝硅酸盐长纤维增韧的莫来石复合材料曾在螺旋桨飞机的排气装置上测试使用获得成功；日本曾用莫来石陶瓷材料制成传送带以取代隧道窑中的不锈钢传送带。莫来石陶瓷还广泛应用于金属熔融坩埚、高温防护管以及热电偶保护管等耐热材料，证明其对高温气体抗腐蚀性优于氧化铝陶瓷，而且气密性好，作为高温工程材料，特别适用于制作高温保护管。

电子封装材料

现代微电子高新技术的关键是解决微电子封装技术材料。计算机系统对高性能封装要求越来越高，陶瓷基片面临新的需求。由于高性能封装的陶瓷材料的介电常数被要求很低．封装尺寸大时，密度越高，对陶瓷材料要求愈高，低的介电常数可导致信号迅速传递。纯莫来石材料信号传递时间比Al 陶瓷基板约低14% 如采用莫来石一玻璃及堇青石复合材料，传递时间会进一步降低。日本的日立公司研制的超级计算机中即采用了这种奠来石～玻璃复合材料。在AIN(氮化铝)基片中奠来石陶瓷材料曾成功用作其外罩用封装材料。

光学材料

莫来石吸光性能高于尖晶石、蓝宝石等材料。在用于化学条件苛刻的且承受高温机械应用环境下的窗口材料中，莫来石是优良的透过红外线的材料3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学